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STM32单片机的直流电机调速电源设计

摘要：本文了一种基于STM32F4的直流电机调速电源系统设计，系统

由IR2110驱动电路、H桥电路、PWM控制、PID调控等局部组成，以PWM

为核心，用驱动电路IR2110控制H桥的输出电压以对电机进行调速和实

现正反转，同时液晶显示其速度和输出电压，并能用PID调节电压的输出，

实现了调速精度高、功率因数和节能效果良好的目标。

关键词：STM32F4；直流电机调速；PWM；PID

Keyword：STM32F4；DCmotorpeedcontrol；PWM；PID

直流电机的应用广泛，从控制技术角度来看，其是交流调速系统的根

底。在近年来的开展过程中，直流调速系统在理论和实践上都逐渐成熟，

应用范围不断扩大。但是，其还存在局部缺乏。就目前来看，直流调速系

统仍然是自动调速系统的主要形式。在我国许多工业部门，如矿山采掘、

轧钢、金属加工、纺织、海洋钻探、造纸及高层建筑等场合需要高性能、

可控的电力拖动系统，此时仍广泛采用直流调速系统。

1系统总体设计

基于STM32F4的直流调速系统硬件电路以STM32F4开发板为控制核心，

通过STM32F4程序输出PWM波，进而控制驱动电路的输出电压幅度与极性

[1]，驱动电路输出的+12V电压驱动H桥电路导通，H桥电路输出电压驱

动直流电机。此外，考虑到系统的稳定性，对输出电压进行优化处理，采

用PID算法控制。系统如图1所示。

2硬件电路设计

2.1STM32单片机

STM32F4[2]，内核Corte某-M4是一种面向数字信号

处理〔DSC〕和高级微控制器〔MCU〕应用的高效方案，具有低功耗、简单

易用、低本钱等特点。在运用时，其运算能力非常高，具有高效率的信号

处理能力，且新加了浮点，DSP，并行计算，双MAC等。ARM公司创造出

这个类型的单片机，希望把Corte某-M4用于数字信号控制市场，即既有

微控制器的“控制”能力，又有DSP的“处理”能力，在电源管理、汽车、

电机控制、嵌入式音频和工业自动化等领域被广泛应用。

2.2H桥电路的设计

电机调速原理就是在驱动电机转动的根底上，采用PWM调速和正反转，

变换器主电路采用MOSFET所构成的H型结构形式〔见图2〕，其是由四

个功率管和四个续流二极管组成的双极式PWM变换器，根据脉冲占空比的

不同，在直流电机M上可得到正或负的直流电压。电机M正转时，经过

PWM1和PWM4控制MOS管导通，反转时，那么是另外两个。直流电机输出

电压要求实现0～100V的调压，可调整脉冲占空比到达要求。

2.3光耦隔离和IIR2110驱动电路设计

光耦6N137工作时，能输出一高一低的信号，6N137内经电流-电压

转换后的信号送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使

能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。

整个电路起到电气隔离的作用。在与驱动电路同时工作时，需要光耦工作

在一高一低的输入状态，使能端为高，此时输出端也是一高一低。

IIR2110是一种高压高速功率MOSFET驱动器，光耦工作时，输出上

下电平对其进行控制，其有独立的高端和低端输出驱动通道，正常工作时，

高端输出+12V，低端输出-12V，此时一管导通，一管截止。两个H桥电路

每桥导通一个，升压驱动电机的调速。

软件设计

使用STM32的键盘模块，按键可以改变PWM的占空比，进而改变输出

电压值，同时能通过液晶显示屏显示电压值和转速，软件局部重点是调

PWM的占空比，同时PID调整偏差能使电机速度稳定。软件总体设计如图

3所示。

3.1PWM电压输出控制

PWM有硬件电路控制和软件控制两种，本系统采用软件控制，通过调

整占空比来实现电压输出，输出上下电平控制驱动电路，从而控制管子的

导通，实现电机驱动并调速。

3.2速度控制算法

速度控制算法[3]有多种，本方案选择PID控制算法。面对实际情况，

当不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，或我们不完全了解一个系

统和被控对象时，可以选用PID控制技术。在实际情况中，系统被控对象

的结构和参数通常得不